북한은 지난 9일 전격적으로 감행한 5차 핵실험에 대해 “핵탄두의 위력 판정을 위한 핵폭발 시험”이라고 명시했다. 이는 올 초부터 가속화된 핵·미사일 실험의 연속선상에 있으며 이 같은 핵 능력을 김정은의 주요 업적으로 삼고 있다는 점을 분명히 한 것이다. 앞서 북한은 헌법에 핵 보유를 명시했고 제7차 당 대회에서는 핵 개발과 경제 병진노선의 지속적 추진을 밝혔다. 문제는 다섯 차례의 핵실험으로 북한의 핵 능력이 급속히 강화되고 있다는 점이다. 핵폭발 위력이 커지고 탄두 소형화와 고체엔진 사용, 잠수함발사탄도미사일(SLBM) 등이 현실화하고 있다. 우리가 대응하기에 상당히 난감한 상황이 전개되고 있는 것이다. 북한의 핵 기술 발전 정도와 핵 능력은 어디까지 와 있고 향후 북한의 핵 전략은 무엇일까를 정교하게 분석해 대응 전략을 짜야 한다. 우선 북한은 1차 핵실험에서 폭발 실험, 2차에서는 위력 개선, 3차에서는 소형화와 경량화, 4차에서는 수소폭탄, 5차에서는 핵탄두의 위력 판정이라고 발표했다. 이를 액면 그대로 받아들인다면 4차 핵실험까지는 각종 요소 기술을 개발했고 이번 5차 핵실험에서는 탄두의 실전배치를 염두에 둔 표준화로 전환하고 있다는 의미가 된다. 북한은 이번에 지하의 수평갱도에서 핵실험을 했다. 수평갱도에서는 핵 장치를 기폭실 내에 안장한 후 측정 장치들을 표면에 부착하거나 복수의 측정관으로 이끌어 설치할 수 있다. 이른바 근거리물리를 핵무기 현대화에 적극적으로 활용하는 것이다. 북한이 핵실험을 위해 지하로 내려간 큰 이유 중 하나도 핵무기 현대화 평가실험에서 수평갱도 지하 핵실험의 유용성이 입증됐기 때문이다. 핵무기의 능력은 핵물질 대량생산, 기폭장치(핵탄두를 폭발시키는 장치)의 표준화, 탄두의 소형화와 핵 위력 등 세 가지에 의해 평가된다. 3대 요소를 통해 이번 5차 핵실험의 위력과 핵 능력을 분석해볼 수 있다. 북한이 “핵탄두들을 마음먹은 대로 얼마든지 생산할 수 있게 되었다”고 발표한 것은 무기급의 고농축우라늄(HEU) 대량생산에 성공했다는 의미로 해석된다. 플루토늄(Pu)을 기반으로 한다면 이를 생산하는 5㎿e 원자로의 노후화와 가동률 저하로 도저히 대량생산 수요를 맞출 수 없다. 새로 건설하고 있는 경수로도 언제 완공될지, 정상 가동될지 미지수다. 이에 비해 원심분리기로 우라늄을 고농축하는 데 성공했다면 바로 이를 대량생산할 수 있다. 영변 단지에서 미국의 헤커 박사에게 보여준 공장과 확장 중인 공장에서 연간 몇 개 정도의 핵폭탄을 생산할 수 있고, 다른 곳에 있을 것으로 추정되는 공장을 활용해 그 양을 늘릴 수도 있다. 원심분리기 공장은 지하에 숨길 수 있고 사용 전력도 많지 않아 대량생산에 유리하다. 다만 한 가지 의문이 남는다. HEU 대량생산에 성공했다면 이번 핵실험에서 여러 발을 동시에 폭발시켜 기술 진보와 충격 효과를 극대화할 수 있었을 텐데 그렇게 하지 않았다는 것이다. 아직 생산량이 적거나 실전배치 수요를 우선적으로 충족하기 위한 것일 수는 있다. 만약 추가 실험이나 실전배치를 통해 그동안 생산한 플루토늄 총량을 능가하는 핵물질 사용량을 보여준다면 북한의 HEU 생산 능력이 입증될 것이다. “탄도미사일에 장착할 수 있게 탄두를 표준화·규격화했다”는 발표는 핵탄두 기폭장치를 표준화했다는 의미로 보인다. 이는 북한이 올해 공개한 구형의 내폭형 기폭장치와 이를 탄두 내에 장착한 도면을 통해 종합적으로 판단할 수 있다. 과거 플루토늄을 사용하면서 개발한 내폭형 기폭장치에 새로 개발한 HEU를 장입한 표준형 기폭장치를 개발했다는 것이다. 북한이‘핵물질 이용 곁수’, 다시 말해 ‘핵물질 이용률’이라는 표현을 쓴 것이 이를 간접적으로 입증한다. 1940년대의 핵 개발 초기에는 기폭이 쉬운 HEU에 포신형 기폭장치를 사용하고 자발핵분열이 심한 플루토늄에는 순간 압축 성능이 탁월한 내폭형 기폭장치를 사용했다. 그러나 중국이 최초 핵실험 때 사용한 것처럼 HEU에 내폭형 기폭장치를 사용하면 핵물질 이용률을 크게 높일 수 있다. 현 단계에서는 탄두 종류도 1~2개 정도에 그치고 기술 수준도 낮을 가능성이 있다. 투발 수단이 노동·무수단 미사일, SLBM 등으로 다양해도 핵 기폭장치는 이번에 표준화한 것이나 약간 개량한 것으로 통일할 수 있다는 것이다. 북한이 최근에 시험한 SLBM의 탄두가 원기둥 모양을 포함하고 있는 것도 유사한 구형 기폭장치를 채택했기 때문으로 보인다. 중국 최초의 SLBM인 ‘쥐랑-1’의 탄두는 원뿔형이다. 국방부는 이번 핵실험의 지진파 규모가 5.0이고 폭발 위력은 10±2kt이라고 발표했다. 그러나 폭발 위력은 기폭실 주위의 암석 유형과 수분 함량에 따라 크게 달라진다. 국방부의 발표는 단단한 암석에 기포가 거의 없는 매질을 기준으로 판단한 것이다. 그러나 어느 정도의 기포와 약한 암석, 토양이 섞인 상황을 가정하면 위력을 20kt 정도까지 높일 수 있다. 1945년 8월 히로시마에 떨어진 원자폭탄 수준의 위력을 보인 것이다. 일각에서 증폭형 핵폭탄 실험 성공을 주장하는데 이는 사실이 아닌 것으로 보인다. 증폭형은 위력이 40~200kt 정도로 높은 것이 일반적이다. 이번 같은 10~20kt 정도의 위력은 일반 핵폭탄, 특히 내폭형 기폭장치에 HEU를 사용한 핵무기로 충분히 달성할 수 있다. 증폭형은 생산과 취급이 어려운 핵융합 물질들을 사용해야 하는데 이를 대량생산하지 못하는 상황에서 표준화를 거론하기도 어렵다. 다만 한 가지 가능성은 배제할 수 없다. 북한은 4차와 5차 실험에서 깊이가 700m 넘는 곳을 선택했다. 이 정도 깊이에서는 200kt 이상의 핵무기를 충분히 실험할 수 있기 때문에 이번에도 증폭을 시도했을 수 있다. 그러나 위력이 기대에 못 미치자 이를 감추고 탄두 위력 판정만 발표했을 수 있다. 이것이 사실이라면 북한의 핵융합 기술 수준이 아직 크게 미흡하거나 핵융합 물질, 특히 삼중수소(T)를 확보하지 못했다고 볼 수 있다. 북한은 이번 실험을 통해 소형화·경량화된 핵탄두를 개발했다고 주장했다. 북한은 3차 핵실험 때도 소형화와 경량화에 성공했다고 주장한 바 있다. 이번 실험에서 추가된 것은 타격력이 높고 표준화·규격화됐다는 것이다. 다시 말해 3차 때 소형화를 위한 요소 기술을 실험했고 5차에서는 소형화된 탄두를 종합적으로 실험했다는 의미로 보인다. 결국 북한은 이번 핵실험을 통해 HEU를 기반으로 하면서 핵물질 이용률이 높은 소형의 내폭형 기폭장치를 완성하고 이를 적용한 표준 핵탄두를 개발해 종합적인 성능을 평가했다고 볼 수 있다. 이는 무기로서의 제식화와 실전배치를 앞둔 최종 평가다. 이번에 상당한 폭발 위력이 나왔으므로 북한이 HEU를 개발한 것이 확실하다면 앞으로의 대량생산과 배치는 의심할 여지가 없다. 북한이 다섯 차례의 핵실험을 감행했으나 아직 표준화된 핵탄두 개발에 충분하다고는 볼 수 없다. 북한의 핵실험은 플루토늄에서 시작해 HEU로 전환하면서 실험 기법과 측정치들의 연속성이 훼손됐다. 따라서 급한 군사적 수요에 따라 1~2종의 표준 탄두를 대량생산해 배치하더라도 후에 이를 개량하거나 최적화하기 위해선 별도의 실험을 할 수밖에 없을 것으로 보인다. 핵 위력을 높이거나 새로운 탄두를 개발하기 위한 핵실험도 필요하다. 4차 실험에서처럼 증폭형이나 수소폭탄을 개발하려면 핵융합 물질의 생산과 이를 적용한 요소 기술 개발, 표준화를 위한 종합실험이 필요하다. 지금까지 리튬-6(Li6)와 중수소(D) 등의 일부 핵융합 물질을 개발한 것으로 보이고 4차 핵실험 경험도 있으므로 비교적 이른 시일 내에 위력이 크게 증가된 증폭형 핵실험을 할 가능성이 있다. 북한이 머지않아 6차 핵실험을 감행할 가능성이 크다고 보는 것도 이 때문이다. Copyright © 2015 SCIENCE & TECHNOLOGY POLICY INSTITUTE. All Right Reserved.